计算广告中的机器学习基础知识小议

美国百货公司之父约翰·沃纳梅克（John Wanamaker）有一句名言：“我知道有一半的广告费浪费了，但我不知道是哪一半。”这句话诠释了传统渠道的广告投放（如街头展板广告、电视广告等）无法细化投放粒度从而造成广告费浪费的问题。

计算广告（computational advertising）是一种运行在互联网上的高精度、细粒度的广告投放形式。与传统广告相比，计算广告充分借助了互联网媒体带来的诸多便利特性，可以针对不同用户展示不同的广告内容，以极细粒度的形式完成“千人千面”的广告展示。另一方面，通过合理的拍卖机制，计算广告平台使得广告主能够通过竞价的形式争取广告位，从而在经济上达到多方博弈的均衡局面。基于这些优势，计算广告极大程度地优化了广告投放的效果。首先，它能够帮助广告主获得高价值的广告投放回报；其次，它能帮助媒体获得更高的广告收入；最后，它能让互联网用户避免不相关的劣质广告的轰炸，优化用户上网体验，从而达成计算经济层面多方共赢的局面。

美国互动广告局（The Interactive Advertising Bureau，IAB）是互联网广告领域的权威。其2019年公布的研究报告显示，2018年全年，美国市场的互联网广告规模保持高速增长（相比2017年增长21.8%），达到1074亿美元，远远超过电视广告（709亿美元）、杂志广告（200亿美元）等传统媒体广告的规模。

“计算广告”这个专业词汇是由谷歌公司的杰出科学家安德烈·布罗德（Andrei Broder）提出的。他在斯坦福大学开设的计算广告导论课程中指出，计算广告旨在探索用最好的技术来解决在具体场景下的每个用户和合适的广告之间的最佳匹配这一核心挑战。为此，计算广告需要结合基于互联网大数据的机器学习及拍卖理论、博弈论、消费者行为学等学科前沿知识和技术。图1列举了三种计算广告的主要形式，即搜索广告、展示广告和移动端信息流广告。可以看到，无论是在搜索、网页浏览或者手机APP使用场景，平台都可以借助基于用户账户、Cookie或者手机ID等识别信息来收集用户的历史行为，训练机器学习模型，以充分预估用户对候选展示广告的喜好程度；同时，结合互联网广告的拍卖机制，广告投放平台可以优化得到每个广告主最优的出价策略，从而将广告主的预算合理地分配到对其广告真正感兴趣的用户端，真正解决沃纳梅克提出的广告费浪费难题。随着互联网的日益普及，伴随互联网成长的计算广告也逐渐形成了成熟的广告形态、交易机制和计价规则。

1. 广告形态

在互联网广告领域，主要存在三种典型的广告形态。其中，搜索广告和展示广告主要呈现在个人电脑等桌面设备上，信息流广告则主要呈现在手机、平板电脑等移动设备上。

搜索广告是随着搜索引擎的兴起而出现的广告形态，是搜索引擎的重要变现渠道。用户在搜索引擎输入关键词后，得到的搜索结果列表的前几个位置通常是搜索广告的广告位。搜索广告的特点主要有：（1）有搜索关键词，可以用于广告的检索；（2）同时展示多个广告位，需要对广告列表进行排序。

展示广告可以出现在任何用户阅读的网页中，它的广告位通常是根据网页特殊定制的。与搜索广告不同，展示广告没有对应的搜索关键词，且通常一次只展示一个广告而不是广告列表。由于展示广告嵌入在网页内容中，网页内容则可以作为检索广告的一种依据。

进入移动互联网时代，信息流成为了移动端流行的信息组织形式，信息流广告也应运而生。信息流广告兼具搜索广告和展示广告的一些属性，同时又有自身的特点。首先，信息流广告与搜索广告一样，可以视为由多个广告位组成的广告序列，需要对广告进行排序。其次，信息流广告与展示广告类似，将广告嵌入在用户阅读的网页（或信息流）内容中，因此可以将信息流内容作为检索广告的依据。最后，信息流广告具有持续互动的特性，即后续广告的检索可以根据之前用户发生的行为进行调整、优化。

2. 交易机制

在互联网用户看到的每一个广告背后，都存在着一套精密且高效的互联网广告交易机制。

（1）在用户打开一个网页后，若网页中存在广告位，则网页发布者将发起一个广告请求。

（2）广告交易平台接到广告请求后，将对若干广告主发起竞价请求。

（3）广告主接到竞价请求后，通过分析广告位和用户的特征，结合自身广告的特征进行出价。

（4）广告交易平台接到广告主出价后，得出竞价结果并反馈给广告主。

（5）根据竞价结果，胜出的广告被发送给网页发布者，并呈现给用户。

（6）用户看到广告后，是否点击广告将作为用户反馈被广告主收集。

在这个过程中，除用户反馈外的整个广告交易流程通常在0.1秒的时间内完成，即在用户打开网页的瞬间，所需展示的广告已通过竞价产生并呈现。广告主的出价通常由一些智能出价算法完成。如果将广告主看作智能体，则整个展示广告交易机制可被看作一个多智能体序列决策的环境。

搜索广告的交易机制与展示广告不同，通常广告主出价由广告交易平台（搜索引擎）代理，且出价高低与搜索关键词相关。信息流广告的交易机制与展示广告类似，但广告主的出价策略也可能由广告交易平台（或信息流应用）代理。

3. 计价规

计算广告的计价规则主要有CPM、CPC、CPA三种，分别针对不同的广告投放需求：

（1）CPM（Cost Per Mille）按照每千次广告展示收费，即广告每被展示1000次，广告主需支付的价格。CPM计价规则不考虑广告展示的即时效果，因此主要用于重视长期价值的品牌广告展示。

（2）CPC（Cost Per Click）按照每次点击收费，即广告每被点击一次，广告主需支付的价格。CPC计价规则重视广告投放的即时用户反馈，一定程度上将优化广告投放效果的责任交给了发布广告的媒体。CPC计价规则适合重视广告即时效果的广告主使用。

（3）CPA（Cost Per Action）按照每次订单收费，即通过广告每促成广告主的业务发生一笔订单，广告主需支付的价格。CPA计价规则在CPC的基础上更加强调用户的真实反馈，最大程度规避了广告主的风险。CPA计价规则适合具备订单成交归因能力的广告主使用。